《第二讲aspenplus精馏分离的仿真设计剖析.》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第二讲aspenplus精馏分离的仿真设计剖析.（169页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、Simulation Design of Separation Processes by Aspen Plus 精馏分离的仿真设计 华东理工大学 凌昊 linghao,中国化工学会培训中心 中国石油和化学工业协会培训中心,塔设备单元模型 分类,DSTWU Distl RadFrac Extract,塔设备(Columns)单元共有9种模块：,MultiFrac SCFrac PetroFrac RateFrac BatchFrac,DSTWU 简捷精馏（设计）,DSTWU 模块用Winn-Underwood-Gilliland简捷算法进行精馏塔的设计，根据给定的加料条件和分离要求计算最小回流比
2、、最小理论板数、给定回流比下的理论板数和加料板位置。,连接,DSTWU 模型的连接图如下：,1、塔设定 ( Column specifications) （1）塔板数 ( Number of stages) （2）回流比 ( Reflux ratio) 0, 实际回流比； -1, 绝对值=实际回流比/最小回流比,模型参数,DSTWU模型有四组模型设定参数：,2、关键组分回收率 ( Key component recoveries ) （1）轻关键组分在馏出物中的回收率 馏出物中的轻关键组分/进料中的轻关键组分 （2）重关键组分在馏出物中的回收率 馏出物中的重关键组分/进料中的重关键组分,DST
3、WU模型有四组模型设定参数：,3、压力 ( Pressure) （1） 冷凝器 ( Condenser) （2） 再沸器 ( Reboiler),DSTWU模型有四组模型设定参数：,1 bar = 0.986923267 标准大气压,4、冷凝器设定 ( Condenser specifications) （1） 全凝器 ( Total condenser) （2） 带汽相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor distillate) （3） 带汽、液相馏出物的部分冷凝器 ( Partial condenser with vapor and liquid
4、 distillate),DSTWU模型有四组模型设定参数：,1、生成回流比理论板数关系表 ( Generate table of reflux ratio vs. number of theoretical stages ) 2、计算等板高度 ( Calculate HETP ),计算选项,DSTWU模型有两个计算选项：,“生成回流比理论板数关系表”对选取合理的理论板数很有参考价值。在实际回流比对理论板数栏目中输入我们想分析的理论板数的最小值(Initial number of stages)、最大值(Final number of stages)和增量值(Increment size fo
5、r number of stages)。计算完成后的结果中会包括回流比剖形(Reflux ratio profile), 据此可以绘制回流比理论板数曲线。,接近最小理论板数,接近最小回流比,合理的理论板数应在曲线斜率绝对值较小的区域内选择。,应用示例 (1),含苯、甲苯、二甲苯和部分碳九的混合物（F=8155kg/hr、P=2MPa、T=50 C），组成如作图所示。用精馏塔（塔顶0.15MPa，塔底0.2MPa ）分离，要求99.9%的苯从塔顶排出，99.98%的甲苯从塔底排出，采用全凝器。求： Rmin，NTmin，R=1.2 Rmin 时的R、NT和NF 。,应用示例 (2),含乙苯 30
6、%w、苯乙烯 70%w的混合物（F=1000kg/hr、P=0.12MPa、T=30 C）用精馏塔（塔压0.02MPa ）分离，要求99.8%的乙苯从塔顶排出，99.9%的苯乙烯从塔底排出，采用全凝器。求： Rmin，NTmin，R=1.5 Rmin 时的R、NT和NF 。,Distl 简捷精馏（操作）,Distl 模块用 Edmister 方法计算给定精馏塔的操作结果。,Distl 模块的连接图如下：,含水30%w、甲醇70%w的混合物( F= 1000 kg/hr、P=0.12 MPa、T=20 C )用精馏塔 (塔压0.12MPa) 分离，采用全凝器，22块理论塔板，加料板在第15块，摩
7、尔回流比0.56775，馏出物/加料摩尔比0.641。核算分离效果，再沸器功率。 物性选用 NRTL,应用示例 (3),模型参数,在Specification表单中设定以下参数： 理论板数 Number of stages 加料板位置 Feed stage 回流比 Reflux ratio 馏出物/进料摩尔比 Distillate to feed mole 冷凝器类型 Condenser type 冷凝器压强 Condenser pressure 再沸器压强 Reboiler pressure,计算结果,计算给出以下模块信息： 冷凝器热负荷 Condenser duty 再沸器热负荷 Rebo
8、iler duty 进料板温度 Feed stage temperature 塔顶温度 Top stage temperature 塔底温度 Bottom stage temperature 进料 q 值 Feed quality,气液混合物 q0； 饱和液体 q=0； 过冷液体0。,RadFrac 严格精馏模块,RadFrac 模块同时联解物料平衡、能量平衡和相平衡关系，用逐板计算方法求解给定塔设备的操作结果。 RadFrac 模块用于精确计算精馏塔、吸收塔（板式塔或填料塔）的分离能力和设备参数。,连接,RadFrac 模块的连接图如下：,模型设定,RadFrac 模型具有以下设定表单： 1
9、、配置（Configuration） 2、流股（Streams） 3、压强（Pressure） 4、冷凝器（Condenser） 5、再沸器（Reboiler） 6、三相（3-Phase）,配置,配置表单包含以下项目： 1、塔板数（Number of Stages） 2、冷凝器（Condenser） 3、再沸器（Reboiler） 4、有效相态（Valid Phase） 5、收敛方法 （Convergence) 6、操作设定 （Operation Specifications),(1) 冷凝器,冷凝器配置从四个选项中选择一种： 1、全凝器（Total） 2、部分冷凝-汽相馏出物 （Partia
10、l-Vapor） 3、部分冷凝-汽相和液相馏出物 （Partial-Vapor-Liquid） 4、无冷凝器 (None),(2) 再沸器,三个选项中选择一种： 1、釜式再沸器（Kettle） 2、热虹吸式再沸器（Thermosyphon） 3、无再沸器 (None),热虹吸式再沸器（Thermosyphon）,(3) 有效相态,有效相态从四个选项中选择一种： 1、汽-液（Vapor-Liquid） 2、汽-液-液（Vapor-Liquid -Liquid ） 3、汽-液- 冷凝器游离水 （Vapor-Liquid-FreeWaterCondensor） 4、汽-液- 任意塔板游离水 （Vap
11、or-Liquid-FreeWaterAnyStage）,(4) 收敛方法,体系收敛方法从六个选项中选择一种： 1、标准方法（Standard） 2、石油/宽沸程（Petroleum/Wide-Boiling） 3、强非理想液相（Strongly Non-ideal Liquid） 4、共沸体系（Azeotropic） 5、深度冷冻体系（Cryogenic） 6、用户定义（Custom）,(5) 操作设定,1、回流比（Reflux Ratio） 2、回流速率（Reflux Rate） 3、馏出物速率（Distillate Rate) 4、塔底物速率（Bottoms Rate) 5、上升蒸汽速率
12、（Boilup Rate),操作设定从十个选项中选择：,6、上升蒸汽比（Boilup Ratio) 7、上升蒸汽/进料比（Boilup to Feed Ratio) 8、馏出物/进料比（Distillate to Feed Ratio) 9、冷凝器热负荷（Condenser Duty) 10、再沸器热负荷（Reboiler Duty),操作设定从十个选项中选择：,(6) 流股,1、进料流股（Feed Streams） 指定每一股进料的加料板位置。 2、产品流股（Product Streams） 指定每一股侧线产品的出料板位置及产量。,在流股表单中设置以下参数：,(7) 压强,从三种方式（Vie
13、w）中选择一种 1、塔顶/塔底（Top/Bottom） 指定塔顶压力、冷凝器压降和塔压降。 2、压力剖型（Pressure Profile） 指定每一块塔板压力。 3、塔段压降（Section Pressure Drop） 指定每一塔段的压降。,在压强表单中设置以下参数：,(8) 冷凝器,冷凝器设定有两组参数：,1、冷凝器指标（Condenser Specification） 仅仅应用于部分冷凝器。只需指定冷凝温度（Temperature）和蒸汽分率（Vapor Fraction）两个参数之一。,2、过冷态（Subcooling） 1）过冷选项（Subcooling option） 回流物和馏
14、出物都过冷 (Both reflux and liquid distillate are subcooled) /仅仅回流物过冷 (Only reflux is subcooled) 2）过冷指标（Subcooling specification） 过冷物温度 (Subcooled temperature) /过冷度 (Degrees of subcooled),冷凝器设定有两组参数：,(9) 再沸器,如选用了热虹吸再沸器，则需要进行设置：,1、指定再沸器流量 （Specify reboiler flow rate） 2、指定再沸器出口条件 （ Specify reboiler outlet
15、condition） 3、同时指定流量和出口条件 （Specify both flow and outlet condition ）,RadFrac 的计算结果从三部分查看： 1、结果简汇（Results summary） 2、分布剖形（Profiles） 3、流股结果（Stream results）,(10) 结果查看,结果简汇给出塔顶（冷凝器）和塔底（再沸器）的温度、热负荷、流量、回流比和上升蒸汽比等参数，以及每一组份在各出塔物流中的分配比率。,分布剖形给出塔内各塔板上的温度、压力、热负荷、相平衡参数，以及每一相态的流量、组成和物性。据此可确定最佳加料板和侧线出料板位置。,（11）分布剖形
16、 Profile,根据DSTWU示例（2）的结果，选取R=25、NT=69、NF =40 ，用RadFrac 模块进行精确计算。再根据浓度分布剖形结果选取最佳进料板位置，重新进行校核计算。,应用示例 (4),RadFrac 设计规定,RadFrac 模型带有内部的设计规定功能，通过设计规定(Design Specs)和变化(Vary)两组对象进行设定。 主要目标：产品纯度下最优能耗。 可以设置多个设计规定对象和多个变化对象，但要注意两者间的依赖关系和自由度必须吻合，否则不能收敛。,新建Design specs 和 Vary 注意次序一一对应。,设计规定对象通过以下三张表单设置规定指标 1、规定 (Specification) 2、组分 (Components) 3、进料/产物流股 (Feed/Product Streams),在规定表单中输入以下指标 1、类型 (Type) 有36种变量类型共
